基于低空经济下国省干线公路无人巡检系统智能化建设与实践

　　一、总体介绍

　　随着低空经济的崛起，无人机技术成为破解道路监测与巡检难题的关键。2024年被视为“低空经济元年”，国家出台系列政策支持其发展。工业和信息化部等四部门印发的《通用航空装备创新应用实施方案(2024—2030年)》提出加速通用航空技术创新，打造先进制造业集群。无人机凭借其灵活性、覆盖能力和成本优势，在高速公路领域应用广泛，为高速公路管理市场开拓了广阔空间。

　　为贯彻落实国家政策，本项目以加快生产经营模式与新业态等联动创新为目标，以“车”“路”“空”“天”为核心，基于多模态视觉感知、双流Transformer深度神经网络、北斗导航技术、GPS定位控制等先进技术，采用“1+2+3+5”整体架构，结合现有公路摄像头资源与现有路面传感器的联动，建立G30连霍高速公路嘉安段(酒泉段)无人化道路巡检系统建设，布局低空产业与传统产业融合发展新业态，开展“空中巡逻”工作，突破地形、高度的限制，弥补传统高空视频巡查中的监控盲区，打通路面监控、无人机库和飞控平台等数据交互渠道，提升公路领域市场服务与治理能力，并在G30 连霍高速公路嘉安段SK2645+000-SK2658+000 段、XK2652+630-XK2653+630 段，以及 G213 线 K424和K426 处进行巡检试点，助力数字交通建设、产业升级及数字经济发展，可实现实时路域管理，加速推进智慧公路“车空天一体化”建设，为加快建设交通强国、科技强国、数字中国提供服务保障。

　　二、主要做法

　　1、技术要求

　　(1)电动多旋翼无人机产品

　　电动多旋翼无人机产品由电动多旋翼无人机和网联自动机场组成，具备高效、精准、安全的自动化巡检能力。无人机通过自动机场部署于任务区域，支持极速起飞、固定点悬停精细巡检，并配备视觉与RTK双模精准降落系统，确保全自动作业的安全性。其六向避障系统可实时探测周围障碍物，提供飞行保护。无人机最长续航时间达50分钟，最大有效作业半径10公里，显著提升了任务执行效率。自动机场配备气象监测设备，可根据天气条件智能判断任务执行可行性。其箱体采用铝合金及钢结构，具备防火、防水、防雷、防盗功能，防护等级达IP54，确保在无人值守环境下稳定运行。此外，自动机场支持无人机智能存储、自主起降、数据回传及智能分析，并可作为数据中继节点融入无人机通信自组网，进一步提升系统的智能化与协同作业能力。

　　图1 电动多旋翼无人机及自动机库

　　(2)分布式组网

　　地面组网数据传输链路系统采用一机多站架构，无人机与信号最优的通信节点建立双向实时连接，实现视频流与遥测信息的高效传输。通信节点通过光纤环网将数据回传至枢纽节点进行显示与存储，同时枢纽节点的遥控指令经光纤环网传递至通信节点，再通过无线电数据链路发送至无人机。为确保实时视频回传与遥控遥测的双向通信，系统需满足节点与无人机的无线电通视条件，并匹配数据链路的通信距离指标。通信节点半径设置为30公里，支持枢纽节点基站与通信节点基站的灵活部署，保障无人机在常态化、大范围巡查场景中的高效运行。

　　(3)无人机云管控应用试验平台

　　无人机云管控应用平台采用集中式云部署与微服务架构，具备高弹性、易扩展及故障隔离优势，支持全自治区用户通过网络访问及三级权限远程管控。平台集成三维GIS、航线任务、飞行管控、大数据、设备管理、AI识别、视频应用及开放平台八大模块，利用5G、大数据及三维GIS技术，实现作业区域态势全方位感知与应急事件快速处置。平台主界面涵盖数据看板、航线任务、智能分析等功能，支持无人机设备、飞手信息及任务历史的集中管理，实时监控飞行状态并提供禁飞预警、气象信息及AI识别等辅助功能。通过实时回传高清视频与高效数据处理，平台实现目标数据自动获取与分析，简化复杂事件态势，提升安防场景下的决策效率与准确性。

　　图2 无人机云管控应用平台

　　(4)“智慧巡检与检测”信息化系统

　　无人机平台项目采用“1+2+3+5”架构(“1”为智慧巡检指挥调度中心，是整个系统协调、监控和调度的中枢;“2”为两种智慧管养模式，包括日常巡检和安全监测;“3”为三个智慧应用场景，分别是智慧监测、智慧巡检和智慧应急场景;“5”为五项能力，包括物联网感知能力、数据中台能力、视频汇聚能力、AI智能算法能力和三维建模能力)，如图所示，结合现有公路摄像头资源与现有路面传感器的联动，实现空地一体的智慧监测系统。在硬件方面，部署两套多旋翼无人机与其配套的无人自动化机场实现软硬件适配，同时以云、网、边、端等基础设施为支撑，为底座平台、入口及应用建设提供基础设施保障，并构建安全保障体系、标准规范体系、运营管理体系、机制保障体系四个安全保障体系，为整体项目建设及指挥调度工作保驾护航。

　　图3 智慧巡检和监测总体架构图

　　三、取得成效

　　本项目建设费用共计玖拾万元整(900,000.00元)，由甘肃省酒泉公路事业发展中心支付。建设费用包含无人化巡检基站以及无人巡检平台建设，包含2套无人值守系统(含无人机)及高速公路巡查、养护、监测、应急响应算法服务等。项目已取得以下成效：

　　1.试点实际效果显著，隐患全面排查精准：本项目采用四旋翼无人机拍照方式对G30 连霍高速公路嘉安段SK2645+000-SK2658+000 段、XK2652+630-XK2653+630 段，以及 G213 线 K424和K426 处进行巡检，查找公路内存在隐患，使检修人员对公路隐患能够及时消除，保障公路安全运行。通过四旋翼无人机巡视G30 连霍高速公路嘉安段的 SK2645+000-SK2658+000 段、XK2652+630-XK2653+630 段，以及 G213 线 K424、K426 处，发现各类隐患共计6处。

　　2.降低人工成本投入，提升巡检质量效率：本项目通过引入无人化道路巡检系统，可以大幅减少人工巡检的频率和人员投入，降低人工成本。无人机巡检速度快、覆盖面广，可以迅速完成道路、桥梁、隧道等区域的巡查任务，提高巡检的质量和效率，减少漏检和误判现象，为公路维护和管理提供更精准的数据支持。

　　3.优化建设施工管理，提升勘测质控效率：本项目通过实时监控工地状况、执行安全检查与质量检查任务，确保工程进度按计划推进，同时及时发现并纠正施工偏差，有效保障工程质量。

　　4.补足视频监控盲区，保障路段通车安全：无人机巡检能够填补现有现有甘肃省视频监控系统的盲区，特别是在高边坡、桥梁下方等地形复杂、视线不佳的区域，无人机的高空定点视角和灵活机动性能够捕捉到传统监控手段难以发现的安全隐患。

　　5.突破地形高度限制，提升安全守卫效能：无人机凭借其飞行能力，可以轻松覆盖复杂地形和高风险区域(如高边坡、大桥、隧道口等)，克服传统人工巡检在地形限制下的难题，对高速公路进行全面、细致的巡查，并及时发现并处理潜在的安全威胁，显著提升高速公路安全管理的守卫效能。